JP4875557B2 - Image processing apparatus, image processing method, and image processing program - Google Patents
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Description
本発明は、動画像信号に対してノイズ低減処理を行う画像処理装置、画像処理方法、および画像処理プログラムに関するものである。 The present invention relates to an image processing apparatus, an image processing method, and an image processing program that perform noise reduction processing on a moving image signal.
動画像信号は、指定時間間隔で撮像されたフレーム(フィールド)が複数集まって構成された信号であり、一般に各フレーム(フィールド)はフレーム内(フィールド内)の局所空間に対する相関を持ち、また隣接フレーム(フィールド)はフレーム間(フィールド間)での局所時間に対する相関を持った信号として仮定できる。 A moving image signal is a signal composed of a plurality of frames (fields) captured at specified time intervals. Generally, each frame (field) has a correlation with a local space in the frame (in the field) and is adjacent to each other. A frame (field) can be assumed as a signal having a correlation with local time between frames (inter-field).
このような動画像信号は、主にCCDやCMOS等の撮像素子を備えたビデオカメラにて任意の被写体を撮像する事で得られる。具体的には、撮像素子上に結像した被写体像を、画素単位で光電変換した信号として所定順に出力し、出力したアナログ画像信号を所定ゲイン量で増幅した後、A/D変換によりデジタル画像信号に変換して所定の画像処理するのが一般的である。 Such a moving image signal can be obtained mainly by imaging an arbitrary subject with a video camera including an image sensor such as a CCD or a CMOS. Specifically, the subject image formed on the image sensor is output in a predetermined order as a signal photoelectrically converted in units of pixels, and the output analog image signal is amplified by a predetermined gain amount, and then a digital image is obtained by A / D conversion. In general, it is converted into a signal and subjected to predetermined image processing.
このようなビデオカメラにおいては、撮像素子の特性により撮像画像にノイズが重畳する。このノイズは特に光電変換の性質に起因するショットノイズが大勢を占める。ここで、ショットノイズは画像信号値の平方根に比例する平均振幅を持ち、一般に時間方向、及び空間方向に対してランダムなノイズとなる。このノイズは、撮像素子への結像光量が不足する場合にゲイン量を持ち上げると、より顕著に現れる。 In such a video camera, noise is superimposed on the captured image due to the characteristics of the image sensor. This noise is mainly shot noise due to the nature of photoelectric conversion. Here, the shot noise has an average amplitude proportional to the square root of the image signal value, and generally becomes random noise in the time direction and the spatial direction. This noise appears more conspicuously when the gain amount is increased when the amount of imaged light on the image sensor is insufficient.
従来、このようなランダムノイズが重畳された動画像信号に対するノイズ低減処理として、空間相関を利用したフレーム内(フィールド内)ノイズ低減処理と、時間相関を利用したフレーム間(フィールド間)ノイズ低減処理とが種々提案されている。 Conventionally, as noise reduction processing for a moving image signal on which random noise is superimposed, intra-frame (intra-field) noise reduction processing using spatial correlation and inter-frame (inter-field) noise reduction processing using temporal correlation Various proposals have been made.
上記の時間相関を利用したノイズ低減処理は、ノイズ低減後のフレームを過去フレームとして利用する巡回型ノイズ低減処理が、大きなノイズ低減量を得ることができる方法として知られている。但し、この方法は、過去のフレームとの相関を前提とした方法である為、過去のフレームとの間でシーンチェンジや動きが大きなシーンに対して同様の処理を行うと、前のフレームの画像が現在のフレームに重畳されて残像が発生するという問題がある。一方、残像を低減させるように制御すると、十分なノイズ低減効果が期待できないという問題がある。 As the noise reduction processing using the time correlation described above, the cyclic noise reduction processing using the noise-reduced frame as a past frame is known as a method capable of obtaining a large noise reduction amount. However, since this method is premised on the correlation with the past frame, if the same processing is performed on a scene with a large scene change or movement with the past frame, the image of the previous frame will be displayed. There is a problem that afterimages are superimposed on the current frame. On the other hand, if control is performed to reduce the afterimage, there is a problem that a sufficient noise reduction effect cannot be expected.
その対策として、フレーム内相関とフレーム間相関を共に利用して、動きが大きなシーンに対してもノイズ低減能力を向上させるノイズ低減処理が、例えば特許文献1に示されている。
As a countermeasure, for example,
このノイズ低減システムは、1フレームまたは1フィールド遅延させる為の画像メモリが設けられ、新たに入力された中心画素データと、この中心画素データの近傍の画素データと、画像メモリに記録されている既にノイズ低減された1フレームまたは1フィールド前の画像データにおける前記中心画素データの近傍の画素データと、に対して非線形フィルタ処理を行うことによって、ノイズ低減画素データを出力するものである。ここで、非線形フィルタ処理とは、前記中心画素データ値と相関が高い近傍画素のデータに対しては大きな重み係数を割り当て、逆に相関が低い画素には小さな重み係数を割り当てて加重平均するというものである。 This noise reduction system is provided with an image memory for delaying one frame or one field, newly inputted center pixel data, pixel data in the vicinity of this center pixel data, and already recorded in the image memory. Noise-reduced pixel data is output by performing non-linear filter processing on pixel data in the vicinity of the central pixel data in the image data of one frame or one field before noise reduction. Here, the non-linear filter processing means that a large weighting factor is assigned to data of neighboring pixels having a high correlation with the central pixel data value, and conversely, a small weighting factor is assigned to a pixel having a low correlation to perform weighted averaging. Is.
上記方法によれば、フレーム内相関とフレーム間相関の両方を利用したノイズ低減が行うことが可能となる。特に、撮像画像が静止状態にある場合には、加重平均に使用する1フレーム前または1フィールド前の画素及び現フィールド画素で重み係数の大きな画素が増えるため、平均化に寄与する画素数が増える。その結果、効果的にノイズ低減を行うことが可能となる。また、撮像画像に大きな動きがある場合やシーンチェンジがある場合には、1フレーム前または1フィールド前の画素よりも現フィールド画素に大きな重み係数が与えられるため、現フィールド画素を主とした加重平均がなされる。その結果、ノイズ低減量は静止状態にある場合よりも小さくはなるが、単純に現在フレームと過去フレームとの同一位置の画素を用いた巡回型ノイズ低減処理に比べると、大きなノイズ低減効果を得ることが可能となる。
上記の従来技術のような時間相関を用いたノイズ低減処理は、動きが大きなシーンやシーンチェンジに対しては、フィールド内を主に用いたノイズ低減処理に実質的に切り替わることとなる。従って、静止領域から急に動領域に変化した場合やシーンチェンジ直後では、ノイズ低減量は低下してしまう。さらに、動領域から静止領域に戻っても直ぐには安定的なノイズ低減量を得ることはできず、安定的なノイズ低減量を得るまでには数フレーム期間の時間遅延がかかってしまう。つまり、時間相関を利用した巡回型ノイズ低減処理を用いて大きなノイズ低減量を得ようとすると、入力動画像に依存してノイズ量が大きく時間変動するという問題が発生することになる。 The noise reduction processing using time correlation as in the above prior art is substantially switched to noise reduction processing mainly using the field for scenes and scene changes with large movements. Therefore, the noise reduction amount decreases when the moving region suddenly changes from the still region or immediately after the scene change. Furthermore, a stable noise reduction amount cannot be obtained immediately after returning from the moving region to the stationary region, and a time delay of several frame periods is required before obtaining a stable noise reduction amount. That is, when trying to obtain a large noise reduction amount using a cyclic noise reduction process using time correlation, there arises a problem that the noise amount greatly fluctuates with time depending on the input moving image.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、ノイズレベルが安定した状態を保ちつつ、効果的にノイズ低減が行えると共に解像度低下を最小限に抑える事を可能とする画像処理装置、画像処理方法、および画像処理プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is capable of effectively reducing noise and keeping resolution degradation to a minimum while maintaining a stable noise level, and image processing. It is an object to provide a method and an image processing program.
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係る画像処理装置は、時系列で入力されるフレーム画像あるいはフィールド画像のノイズを低減処理する画像処理装置であって、処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像と該処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像に対して過去および未来のフレーム画像あるいはフィールド画像とを記録する記録手段と、前記記録手段によって記録された前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像において所定領域の複数画素を抽出する第1の画素抽出手段と、前記記録手段によって記録された前記過去のフレーム画像あるいはフィールド画像および前記未来のフレーム画像あるいはフィールド画像において前記所定領域に対応する領域の複数画素を抽出する第2の画素抽出手段と、前記第1の画素抽出手段で抽出された前記所定領域内の注目画素と前記所定領域の複数画素、および前記第2の画素抽出手段で抽出された前記所定領域に対応する領域の複数画素との時空間距離を算出する第1の距離算出手段と、前記第1の画素抽出手段で抽出された前記所定領域内の注目画素の画素値と、前記第1の画素抽出手段で抽出された前記所定領域の複数画素の画素値および前記第2の画素抽出手段で抽出された前記所定領域に対応する領域の複数画素の画素値との画素値間距離を算出する第2の距離算出手段と、前記第1の距離算出手段によって算出された前記時空間距離と前記第2の距離算出手段によって算出された前記画素値間距離とに基づいて、前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像のノイズを低減処理するノイズ低減手段と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
An image processing apparatus according to the present invention is an image processing apparatus that performs noise reduction processing on a frame image or a field image input in time series. The processing target frame image or field image and the processing target frame image or field image Recording means for recording past and future frame images or field images, and first pixel extracting means for extracting a plurality of pixels in a predetermined area in the processing target frame image or field image recorded by the recording means; Second pixel extracting means for extracting a plurality of pixels in an area corresponding to the predetermined area in the past frame image or field image and the future frame image or field image recorded by the recording means; Extracted by the pixel extracting means of First distance calculating means for calculating a spatio-temporal distance between a target pixel in a fixed area, a plurality of pixels in the predetermined area, and a plurality of pixels in an area corresponding to the predetermined area extracted by the second pixel extracting means The pixel value of the pixel of interest in the predetermined area extracted by the first pixel extracting means, the pixel value of the plurality of pixels in the predetermined area extracted by the first pixel extracting means, and the second Second distance calculating means for calculating a distance between pixel values with pixel values of a plurality of pixels in an area corresponding to the predetermined area extracted by the pixel extracting means; and the time calculated by the first distance calculating means. Noise reduction means for reducing noise of the processing target frame image or field image based on a spatial distance and the inter-pixel value distance calculated by the second distance calculation means, That.
本発明によれば、フレーム内における空間的な相関と、過去フレームと現在フレームとの間および現在フレームと未来フレームとの間における時間的な相関とを利用して動画像信号のノイズ低減処理を行う。これにより、時間相関の変動にノイズ低減量が敏感に反応してしまうことを抑制し、解像度低下を抑えつつ安定的なノイズ低減が可能となる。 According to the present invention, noise reduction processing of a moving image signal is performed using a spatial correlation within a frame and a temporal correlation between a past frame and a current frame and between a current frame and a future frame. Do. As a result, it is possible to suppress the noise reduction amount from reacting sensitively to fluctuations in time correlation, and to stably reduce noise while suppressing a reduction in resolution.
本発明に係る画像処理プログラムは、時系列で入力されるフレーム画像あるいはフィールド画像のノイズの低減処理をコンピュータに実行させる画像処理プログラムであって、処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像と該処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像に対して過去および未来のフレーム画像あるいはフィールド画像とを記録する記録処理と、前記記録処理によって記録された前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像において所定領域の複数画素を抽出する第1の画素抽出処理と、前記記録処理によって記録された前記過去のフレーム画像あるいはフィールド画像および前記未来のフレーム画像あるいはフィールド画像において前記所定領域に対応する領域の複数画素を抽出する第2の画素抽出処理と、前記第1の画素抽出処理で抽出された前記所定領域内の注目画素と前記所定領域の複数画素、および前記第2の画素抽出処理で抽出された前記所定領域に対応する領域の複数画素との時空間距離を算出する第1の距離算出処理と、前記第1の画素抽出処理で抽出された前記所定領域内の注目画素の画素値と、前記第1の画素抽出処理で抽出された前記所定領域の複数画素の画素値および前記第2の画素抽出処理で抽出された前記所定領域に対応する領域の複数画素の画素値との画素値間距離を算出する第2の距離算出処理と、前記第1の距離算出処理によって算出された前記時空間距離と前記第2の距離算出処理によって算出された前記画素値間距離とに基づいて、前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像のノイズを低減処理するノイズ低減処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。 An image processing program according to the present invention is an image processing program for causing a computer to perform noise reduction processing of a frame image or a field image input in time series, the processing target frame image or the field image and the processing target frame image. Alternatively, a recording process that records past and future frame images or field images with respect to a field image, and a first pixel that extracts a plurality of pixels in a predetermined region in the processing target frame image or field image recorded by the recording process. Pixel extraction processing; and second pixel extraction processing for extracting a plurality of pixels in a region corresponding to the predetermined region in the past frame image or field image and the future frame image or field image recorded by the recording processing. The above Spatio-temporal of a pixel of interest in the predetermined area extracted by one pixel extraction process, a plurality of pixels in the predetermined area, and a plurality of pixels in an area corresponding to the predetermined area extracted in the second pixel extraction process A first distance calculation process for calculating a distance; a pixel value of a pixel of interest in the predetermined area extracted by the first pixel extraction process; and a value of the predetermined area extracted by the first pixel extraction process. A second distance calculating process for calculating a distance between pixel values of a pixel value of a plurality of pixels and a pixel value of a plurality of pixels in an area corresponding to the predetermined area extracted in the second pixel extracting process; Noise that reduces noise in the processing target frame image or field image based on the spatiotemporal distance calculated by the distance calculation processing and the distance between the pixel values calculated by the second distance calculation processing. Characterized in that to execute a reduction process, to the computer.
本発明に係る画像処理方法は、時系列で入力されるフレーム画像あるいはフィールド画像のノイズを低減処理する画像処理方法であって、処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像と該処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像に対して過去および未来のフレーム画像あるいはフィールド画像とを記録する記録工程と、前記記録工程によって記録された前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像において所定領域の複数画素を抽出する第1の画素抽出工程と、前記記録工程によって記録された前記過去のフレーム画像あるいはフィールド画像および前記未来のフレーム画像あるいはフィールド画像において前記所定領域に対応する領域の複数画素を抽出する第2の画素抽出工程と、前記第1の画素抽出工程で抽出された前記所定領域内の注目画素と前記所定領域の複数画素、および前記第2の画素抽出工程で抽出された前記所定領域に対応する領域の複数画素との時空間距離を算出する第1の距離算出工程と、前記第1の画素抽出工程で抽出された前記所定領域内の注目画素の画素値と、前記第1の画素抽出工程で抽出された前記所定領域の複数画素の画素値および前記第2の画素抽出工程で抽出された前記所定領域に対応する領域の複数画素の画素値との画素値間距離を算出する第2の距離算出工程と、前記第1の距離算出工程によって算出された前記時空間距離と前記第2の距離算出工程によって算出された前記画素値間距離とに基づいて、前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像のノイズを低減処理するノイズ低減工程と、を有することを特徴とする。 An image processing method according to the present invention is an image processing method for reducing noise of a frame image or a field image input in time series, and includes a processing target frame image or a field image and the processing target frame image or a field image. A recording step of recording past and future frame images or field images, and a first pixel extraction step of extracting a plurality of pixels in a predetermined region in the processing target frame image or field image recorded by the recording step; A second pixel extracting step of extracting a plurality of pixels in a region corresponding to the predetermined region in the past frame image or field image and the future frame image or field image recorded by the recording step; Extracted in the pixel extraction step of A first distance calculating step of calculating a spatiotemporal distance between a target pixel in a fixed region, a plurality of pixels in the predetermined region, and a plurality of pixels in a region corresponding to the predetermined region extracted in the second pixel extracting step; The pixel value of the pixel of interest in the predetermined region extracted in the first pixel extraction step, the pixel values of the plurality of pixels in the predetermined region extracted in the first pixel extraction step, and the second A second distance calculating step of calculating a distance between pixel values with pixel values of a plurality of pixels in a region corresponding to the predetermined region extracted in the pixel extracting step; and the time calculated by the first distance calculating step. A noise reduction step of reducing noise of the processing target frame image or field image based on the spatial distance and the distance between the pixel values calculated by the second distance calculation step. That.
本発明によれば、動画像信号をノイズ低減する場合に発生する時間相関の変動にノイズ低減量が敏感に反応してしまうのを抑制し、解像度低下を抑えつつ時間変動の少ない安定的なノイズ低減が可能となる。 According to the present invention, it is possible to prevent the noise reduction amount from reacting sensitively to the fluctuation of the time correlation that occurs when reducing the noise of the moving image signal, and to suppress stable deterioration with little time fluctuation while suppressing a decrease in resolution. Reduction is possible.
[第1の実施形態]
以下に、本発明の第1の実施形態に係る画像処理装置について、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態についての基本構成を示す機能ブロック図であり、以下に詳細を説明する。
本実施形態に係る画像処理装置は、スイッチ101と、フレームメモリ102、フレームメモリ103、スイッチ104、スイッチ105、フレームメモリ109、フレームメモリ110、およびNラインメモリ106からなるメモリ群(記録手段)と、ノイズ低減部(ノイズ低減手段)107と、スイッチ108と、スイッチ111と、制御部112と、ブロック抽出部(第1の画素抽出手段)113と、ブロック抽出部(第2の画素抽出手段)114と、を備えている。
[First Embodiment]
The image processing apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a functional block diagram showing the basic configuration of the first embodiment of the present invention, and details will be described below.
The image processing apparatus according to this embodiment includes a
上記構成を有する画像処理装置における信号の流れについて以下に説明する。
不図示の撮像部の撮像素子で撮像されデジタル化された動画像信号は、スイッチ101に入力される。ここで、スイッチ101は、制御部112の制御信号によって、フレーム期間毎にフレームメモリ102、或いはフレームメモリ103に対して交互に接続する。したがって、スイッチ101に入力した動画像信号は、フレーム期間毎にフレームメモリ102、或いはフレームメモリ103に格納される。
A signal flow in the image processing apparatus having the above configuration will be described below.
A moving image signal captured and digitized by an image sensor of an imaging unit (not shown) is input to the
なお、動画像信号は、モノクロ信号でも良いし、カラー信号でも良く、カラー信号の場合は1画素複数色(一般には3色)からなる同時化された信号であっても、単板撮像素子で撮像された同時化前の1画素1色からなる信号でも良い。以降の説明では、動画像信号は単色信号であるとして説明するが、カラー信号の場合は、1つの色信号毎に以下に説明した処理を行う必要がある。 The moving image signal may be a monochrome signal or a color signal. In the case of a color signal, even a synchronized signal composed of a plurality of colors per pixel (generally three colors) may be used with a single-plate image sensor. It may be an imaged signal consisting of one color per pixel before synchronization. In the following description, it is assumed that the moving image signal is a single color signal. However, in the case of a color signal, it is necessary to perform the processing described below for each color signal.
フレームメモリ102は、スイッチ104およびスイッチ105に接続されている。また、フレームメモリ103も、スイッチ104およびスイッチ105に接続されている。
スイッチ104とスイッチ105は、それぞれNラインメモリ106とブロック抽出部114にそれぞれ接続されている。ここで、制御部112は、スイッチ104およびスイッチ105の出力信号をフレーム期間毎に切り替えるように、スイッチ104およびスイッチ105を制御する。具体的には、フレームメモリ102がスイッチ104を介してNラインメモリ106に接続されると、フレームメモリ103はスイッチ105を介してブロック抽出部114に接続されることとなる。逆に、フレームメモリ102がスイッチ105を介してブロック抽出部114に接続されると、フレームメモリ103はスイッチ104を介してNラインメモリ106に接続されることとなる。
The
The
Nラインメモリ106には、フレーム102或いはフレームメモリ103から、ノイズ低減処理対象画素の上下所定ライン数分の画素が一時格納される。Nラインメモリ106は、ブロック抽出部113を介してノイズ低減部107の入力に接続されている。
The
ノイズ低減部107の入力には、ブロック抽出部113と、ブロック抽出部114と、制御部112とが接続されている。ノイズ低減部107は、ブロック抽出部113から出力される処理対象フレームの所定領域画素と、ブロック抽出部114から出力されるフレームメモリ102或いはフレームメモリ103に格納されている時間的に未来のフレーム画像の所定領域画素と、フレームメモリ109或いはフレームメモリ110に格納されている時間的に過去のフレーム画像の所定領域画素と、制御部112からの制御信号とに基づいて、処理対象画素に対するノイズ低減処理を行う。そして、算出したノイズ低減画素を出力信号として出力する。ここで、ブロック抽出部113とブロック抽出部114から出力される所定領域は、各フレームで空間的に同一の抽出位置となる。
A
また、ノイズ低減部107の出力は、スイッチ108と、Nラインメモリ106とに接続されている。
Nラインメモリ106への出力信号は、Nフレームメモリ106に格納されているノイズ低減前の処理対象画素値をノイズ低減画素で上書きするのに使われる。これにより、現在フレームに対してもノイズ低減後の画素を使用する巡回型フィルタを形成できるようになるので、より効果的にノイズを低減することができる。
The output of the
The output signal to the
スイッチ108は、制御部112の制御信号によって、フレーム期間毎にフレームメモリ109、或いはフレームメモリ110に接続が切り替えられる。これにより、ノイズ低減部107にて算出されたノイズ低減画素が、対応するフレームメモリ109、或いはフレームメモリ110に記録される。ここで、上記ノイズ低減画素が記録されるフレームメモリは、ブロック抽出部114にて抽出する過去フレームが格納されているフレームメモリとは異なるフレームメモリとなる。
The connection of the
スイッチ111は、制御部112の制御信号によって、フレーム期間毎にフレームメモリ109とフレームメモリ110とに切り替えて接続される。ここで、制御部112は、スイッチ108とスイッチ111とを関係付けて各スイッチの切り替えを制御する。具体的には、スイッチ108がフレームメモリ109に接続された場合は、フレームメモリ110がスイッチ111と接続される。一方、スイッチ108がフレームメモリ110に接続された場合は、フレームメモリ109がスイッチ111と接続される。
The
スイッチ111からの出力信号は、ブロック抽出部114に入力される。ブロック抽出部114では、処理対象画素に対応する周辺領域の複数画素が抽出される。
An output signal from the
制御部112は、予め設定された目標ノイズ低減量をノイズ低減部107に出力するとともに、スイッチ101、104、105、108、111を上記説明したように連動制御する制御信号を出力する。
The
図3は、ノイズ低減部107にて処理する処理対象画素とその周辺画素からなる3次元ブロック(Nx×Ny×Nt画素)の構造を示した模式図である。以下に、図3を用いて3次元ブロックとその領域内の画素P(r,t)に対する定義を説明する。
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a structure of a three-dimensional block (N x × N y × N t pixels) including a processing target pixel processed by the
ノイズ低減部107にて処理する3次元ブロックは、現在フレーム(時刻t0)の処理対象画素P(r0,t0)とその周辺領域画素P(r,t0)からなるNx×Ny画素の現在ブロック302と、過去フレーム(時刻t0−1)の画素P(r0,t0−1)とその周辺領域画素P(r,t0−1)からなるNx×Ny画素の過去ブロック301と、未来フレーム(時刻t0+1)の画素P(r0,t0+1)とその周辺領域画素P(r,t0+1)からなるNx×Ny画素の未来ブロック303とからなる。ここで、rは各フレーム内の原点をr0としたときの位置ベクトルを意味し、r=(x,y)、r0=(x0,y0)であり、ここではNt=3の場合を示しているが、Ntは2以上の整数であれば良い。
The three-dimensional block processed by the
また、フィールドインターレース信号で考えると、過去ブロックおよび未来ブロックには、現在ブロックと空間的に同一位置の画素は存在しない。しかし、処理対象画素P(r0,t0)とその周辺領域画素P(r,t0)からなるNx×Ny画素を現在ブロックとすれば、過去フィールド(時刻t0−1)の画素P(r0’,t0−1)とその周辺領域画素P(r’,t0−1)からなるNx×Ny画素を過去ブロックとし、未来フィールド(時刻t0+1)の画素P(r0’,t0+1)とその周辺領域画素P(r’,t0+1)からなるNx×Ny画素を未来ブロックと定義できる。フィールドの場合、現在ブロックと過去ブロックと未来ブロックは厳密には1ライン分空間的にずれているが、以下の説明ではr=r’、つまり同一位置として説明する。 In view of the field interlace signal, the past block and the future block do not have pixels in the same spatial position as the current block. However, if an N x × N y pixel composed of the processing target pixel P (r 0 , t 0 ) and its peripheral region pixel P (r, t 0 ) is defined as the current block, the past field (time t 0 −1) A pixel in the future field (time t 0 +1) is defined as a past block of N x × N y pixels composed of the pixel P (r 0 ′, t 0 −1) and its peripheral region pixel P (r ′, t 0 −1). An N x × N y pixel composed of P (r 0 ′, t 0 +1) and its peripheral region pixel P (r ′, t 0 +1) can be defined as a future block. In the case of the field, the current block, the past block, and the future block are strictly shifted by one line. However, in the following description, r = r ′, that is, the same position will be described.
図2は、ノイズ低減部107の詳細ブロック図であり、上記3次元ブロックの定義に基づいてその詳細を説明する。
ノイズ低減部107は、過去ブロックメモリ201、未来ブロックメモリ202、現在ブロックメモリ203、距離算出部(第1の距離算出手段および第2の距離算出手段)204、フレーム間相関算出部(フレーム間相関量算出手段)205、修正係数算出部(修正係数算出手段)206、フィルタ係数算出部(重み係数算出手段)207、フィルタ処理部(加重平均値算出手段)208、およびノイズ低減量算出部(ノイズ低減量算出手段)209を備えている。
FIG. 2 is a detailed block diagram of the
The
上記構成を有するノイズ低減部107における信号の流れについて以下に説明する。
ブロック抽出部113からは、処理対象画素P(r0,t0)とその周辺領域Nx×Nyからなる現在ブロック302が出力され、現在ブロックメモリ203に格納される。また、ブロック抽出部114からは、処理対象画素P(r0,t0)と空間的に同一位置であるP(r0,t0−1)とその周辺領域Nx×Nyからなる過去ブロック301が出力され、過去ブロックメモリ201に格納される。更に、ブロック抽出部114からは、処理対象画素P(r0,t0)と空間的に同一位置であるP(r0,t0+1)とその周辺領域Nx×Nyからなる未来ブロック303が出力され、未来ブロックメモリ202に格納される。
A signal flow in the
From the
3つのブロックメモリ201、202、および203に格納された3次元ブロックの画素データは、距離算出部204、フレーム間相関算出部205、及びフィルタ処理部208に出力される。また、現在ブロックメモリ203の画素データは、さらに修正係数算出部206に出力される。
The pixel data of the three-dimensional block stored in the three
距離算出部204では、入力された3つのブロックメモリ201、202、および203に格納されている画素位置(r,t)と、ブロックメモリ203に記録されている処理対象画素となる位置(r0,t0)とから、以下のような時空間距離Dsを算出する。
t≧t0の場合 Ds=α1|t−t0|+β|r−r0|
t<t0の場合 Ds=α2|t−t0|+β|r−r0|
In the
When t ≧ t 0 Ds = α 1 | t−t 0 | + β | r−r 0 |
When t <t 0 Ds = α 2 | t−t 0 | + β | r−r 0 |
ここで、α1とα2とβは、予め決定された0以上の係数であり、||は絶対値を表す。また、|r−r0|=√{(x−x0)2+(y−y0)2}である。なお、空間距離|r−r0|の計算は、ブロックサイズ(Nx×Ny)が予め決定されている場合には、計算結果を予めROMテーブル(未図示)に格納しておく事が可能である。 Here, α 1 , α 2, and β are predetermined coefficients of 0 or more, and || represents an absolute value. Further, | r−r 0 | = √ {(x−x 0 ) 2 + (y−y 0 ) 2 }. The calculation of the spatial distance | r−r 0 | may be performed by storing the calculation result in a ROM table (not shown) in advance when the block size (N x × N y ) is determined in advance. Is possible.
また、α1は未来ブロックの時間を距離に変換する係数を示し、α2は過去ブロックの時間を距離に変換する係数を示す。ここで、過去ブロックは既にノイズ低減された画素からなり、未来ブロックはまだノイズ低減されていない画素からなる。そのため、フィルタ係数算出部207にて決定される各画素の重み係数を、未来ブロックよりも過去ブロックに対して予め大きな重みを設定することによって、ノイズ低減効果を向上させる事が可能である。
Α 1 indicates a coefficient for converting the time of the future block into a distance, and α 2 indicates a coefficient for converting the time of the past block into a distance. Here, the past block consists of pixels whose noise has already been reduced, and the future block consists of pixels whose noise has not been reduced yet. For this reason, it is possible to improve the noise reduction effect by setting the weighting factor of each pixel determined by the filter
また、距離算出部204では、入力された3つのブロックメモリ201、202、および203に格納されている位置(r,t)の画素値P(r,t)と、現在ブロックメモリ203に記録されているノイズ低減処理の対象位置(r0,t0)での画素値P(r0,t0)とから、以下の計算式に基づいて画素値間距離Dvを算出する。
Dv=|P(r,t)−P(r0,t0)|
In the
Dv = | P (r, t) −P (r 0 , t 0 ) |
距離算出部204では、上記のDsとDvとを乗算し、3次元ブロック内の画素P(r,t)の処理対象画素P(r0,t0)に対する距離D=Ds×Dvを算出し、フィルタ係数算出部207に出力する。
The
フレーム間相関算出部205は、入力された3つのブロックメモリ201、202、および203に格納されている画素の画素値P(r,t)を用いて、現在ブロック302と過去ブロック301とのフレーム間相関値Spと、現在ブロック302と未来ブロック303とのフレーム間相関値Sfとを以下のように算出し、修正係数算出部206に出力する。
Sp=Σr|P(r,t0−1)−P(r,t0)|
Sf=Σr|P(r,t0+1)−P(r,t0)|
ここで、ΣrはブロックNx×Ny内での総和を示す。
The inter-frame
S p = Σ r | P (r, t 0 −1) −P (r, t 0 ) |
S f = Σ r | P (r, t 0 +1) −P (r, t 0 ) |
Here, sigma r indicates the total sum in the block N x × N y.
修正係数算出部206には、ノイズ低減量算出部209とフレーム間相関算出部205と制御部112と現在ブロックメモリ203とフィルタ係数算出部207とが接続されている。修正係数算出部206には、ノイズ低減量算出部209にて算出されたフレーム平均ノイズ低減量NRaveと、制御部112から出力される目標ノイズ低減量NRtargetと、フレーム間相関算出部205から出力される現在ブロック302と過去ブロック301との相関値Spと、フレーム間相関算出部205から出力される現在ブロック302と未来ブロック303との相関値Sfと、現在ブロックメモリ203に格納されている画素データとが入力される。修正係数算出部206は、これら入力データを用いてフィルタ係数算出部207で算出されるフィルタ係数の修正係数Ti(ここでi=p,c,f)を算出する。
A noise reduction
修正係数Tiは、現在ブロック302、過去ブロック301、および未来ブロック303に対して、それぞれ1つの係数Tp、Tc、Tfであって、この修正係数Tiはフィルタ係数算出部207へ出力される。なお、ここでは3つのフレームからなる3次元ブロックを例にしたが、任意のNフレームからなる3次元ブロックとしても良い。この場合には、N個の係数Tiが算出され、フィルタ係数算出部207に出力される。
The correction coefficient T i is one coefficient T p , T c , and T f for the
フィルタ係数算出部207には、距離算出部204から出力される距離Dと、修正係数算出部206から出力される補正係数Tp、Tc、Tfとが入力される。フィルタ係数算出部207は、これらのデータを用いて、現在ブロックメモリ203、過去ブロックメモリ201、および未来ブロックメモリ202に格納されている画素P(r,t)に対応するフィルタ係数C(r,t)を算出し、フィルタ処理部208に出力する。
The filter
フィルタ処理部208は、3つのブロックメモリ201、202、および203に格納されている画素P(r,t)を予め決められた順番に読み出す。そして、読み出した画素P(r,t)と、フィルタ係数算出部207から出力されたフィルタ係数C(r,t)とで積和演算を行い、ノイズ低減画素Pn(r0,t0)を算出して出力する。
The
ノイズ低減量算出部209には、フィルタ処理部208で算出され、出力されたノイズ低減画素Pn(r0,t0)と、現在ブロックメモリ203からの処理対象画素P(r0,t0)とが入力される。ノイズ低減量算出部209は、2つの画素値の差分絶対値|Pn(r0,t0)−P(r0,t0)|を算出して、この差分絶対値を1フレーム分積算する。そして、1フレーム分の処理が終了した時点で、以下のようにフレーム平均ノイズ低減量NRaveを算出し、修正係数算出部206に出力する。
NRave=Σr0|Pn(r0,t0)−P(r0,t0)|/フレーム内総画素数
ここで、上記例ではNRaveは平均値としたが、フレーム内総画素数が変化しない装置においては差分絶対値の和で代用しても良い。
The noise reduction
NR ave = Σ r0 | P n (r 0 , t 0 ) −P (r 0 , t 0 ) | / total number of pixels in frame Here, NR ave is an average value in the above example, but the total number of pixels in the frame In an apparatus in which the number does not change, the sum of absolute differences may be substituted.
続いて、修正係数算出部206の詳細について、図6の機能ブロックに基づいて説明する。
修正係数算出部206において、減算器601には、ノイズ低減量算出部209から出力されるフレーム平均ノイズ低減量NRaveと、制御部112から出力される目標ノイズ低減量NRtargetが入力される。減算器601は、これらの入力値を減算し、減算した値である低減誤差量Er=NRave―NRtargetを基準修正係数決定部602に出力する。
Next, details of the correction
In the correction
基準修正係数決定部602では、入力された低減誤差量Erに基づいて基準修正係数Tbaseを決定する。例えば、閾値をTHとした場合に、以下のような閾値判定により3段階に変化させる。
Er>THの場合 基準修正係数Tbase=V1
TH≧Er≧−THの場合 基準修正係数Tbase=V2
Er<−THの場合 基準修正係数Tbase=V3
ここで、V1、V2、およびV3は、V1<V2<V3となるように、予め決定された係数である。
The reference correction
In the case of Er> TH, the reference correction coefficient T base = V 1
When TH ≧ Er ≧ −TH Reference correction coefficient T base = V 2
In the case of Er <−TH, the reference correction coefficient T base = V 3
Here, V 1 , V 2 , and V 3 are coefficients determined in advance such that V 1 <V 2 <V 3 .
つまり、Erの絶対値が閾値TH以下の場合には標準の基準修正係数V2を、Erが閾値THより大きくなった場合には標準よりも小さな基準修正係数V1を、Erが閾値THの負値より小さい場合には標準よりも大きな基準修正係数V3を乗算器605に出力する。
That is, the reference correction coefficient V 2 standard when the absolute value of the threshold TH below Er, Er is a small reference correction coefficient V 1 than standard if it becomes greater than the threshold TH, Er is the threshold value TH When the value is smaller than the negative value, the reference correction coefficient V 3 larger than the standard is output to the
一方、現在ブロックメモリ203から出力された現在ブロック302が、平均値算出部603に入力される。平均値算出部603は、現在ブロック302の平均画素値を算出し、LUT_V604に出力する。LUT_V604は、平均画素値に対する基準修正係数の補正値Rvに変換し、乗算器605に出力する。
On the other hand, the
ここで、前記平均画素値と基準修正係数補正値Rvとの関係の一例を図4に示す。
図4の例では、画素値が小さい場合は基準修正係数補正値Rvが1より大きく、画素値が大きくなるに従って基準修正係数補正値Rvが1より小さくなることが示されている。つまり、暗い領域では基準修正係数がより大きくなることによってノイズ低減量を重視した設定となり、明るい領域では逆に基準修正係数をより小さくすることによって解像度を重視した設定となる。なお、画素値によらず、補正値Rv=1として基準修正係数を画素値に依存させないようにしても良い。
An example of the relationship between the average pixel value and the reference correction coefficient correction value Rv is shown in FIG.
In the example of FIG. 4, the reference correction coefficient correction value Rv is larger than 1 when the pixel value is small, and the reference correction coefficient correction value Rv is smaller than 1 as the pixel value increases. That is, in the dark area, the setting of the noise correction amount is emphasized by increasing the reference correction coefficient, and in the bright area, the resolution is emphasized by decreasing the reference correction coefficient. Note that the reference correction coefficient may not depend on the pixel value by setting the correction value Rv = 1 regardless of the pixel value.
乗算器605は、基準修正係数Tbaseと上記補正値Rvとを乗算し、乗算器607に出力する。
The
一方、フレーム間相関算出部205から出力される過去ブロック301と現在ブロック302とのフレーム間相関値Spと、未来ブロック303と現在ブロック302とのフレーム間相関値Sfとが修正係数比率算出部606に入力される。修正係数比率算出部606は、過去ブロック301、現在ブロック302、未来ブロック303に対する比率Rp、Rc、Rfについて、例えば、以下のような割り当てを行う。
Sp≦THp、且つ、Sf≦THfの場合 Rp=Rc=Rf
Sp≦THp、且つ、Sf>THfの場合 Rp=Rc>Rf
Sp>THp、且つ、Sf≦THfの場合 Rp<Rc=Rf
Sp>THp、且つ、Sf>THfの場合 Rp=Rc=Rf
ここでRp+Rc+Rf=1である。
On the other hand, the inter-frame correlation value S p, fixes and inter-frame correlation value S f is coefficient ratio calculation of the future blocks 303 and
When S p ≦ TH p and S f ≦ TH f R p = R c = R f
When S p ≦ TH p and S f > TH f R p = R c > R f
When S p > TH p and S f ≦ TH f R p <R c = R f
When S p > TH p and S f > TH f R p = R c = R f
Here, R p + R c + R f = 1.
Sp≦THp、且つ、Sf≦THfの条件は、現在ブロック302に対して、過去ブロック301と未来ブロック303ともに時間相関が高い場合であり、時間的に前後するブロック領域で動きが小さい領域に対応する。この場合には、時間と空間の両方向で同一の修正係数とする。
The condition of S p ≦ TH p and S f ≦ TH f is a case where the temporal correlation is high for both the
Sp≦THp、且つ、Sf>THfの条件は、現在ブロック302に対して、過去ブロック301は時間相関が高く、未来ブロック303は時間相関が低い場合であり、この場合は現在から未来にかけての時間において急激な動き、或いはシーンチェンジが発生した領域である事を示している。この場合には、過去ブロック301と現在ブロック302の修正係数を大きく、未来ブロックの修正係数を小さくする。
The condition of S p ≦ TH p and S f > TH f is a case where the
Sp>THp、且つ、Sf≦THfの条件は、現在ブロック302に対して、未来ブロック303は時間相関が高く、過去ブロック301は時間相関が低い場合であり、この場合は過去から現在にかけての時間において急激な動き、或いはシーンチェンジが発生した領域を示している。この場合には、未来ブロック303と現在ブロック302の修正係数を大きく、過去ブロック301の修正係数を小さくする。
The condition of S p > TH p and S f ≦ TH f is that the
Sp>THp、且つ、Sf>THfの条件は、現在ブロック302に対して、過去ブロック301と未来ブロック303ともに時間相関が低い場合であり、この場合は画像に混入しているノイズが多すぎる、或いは過去ブロック301から未来ブロック303の時間内で動きが大きいことを示している。この場合には、時間と空間の両方向で同一の修正係数とする。
The conditions of S p > TH p and S f > TH f are when the time correlation is low for both the
乗算器607は、乗算器605の出力値Tbase×Rvと、修正係数比率算出部606からの出力値Rp、Rc、およびRfとを乗算する。このように算出された修正係数Tp=Tbase×Rv×Rp、Tc=Tbase×Rv×Rc、およびTf=Tbase×Rv×Rfは、フィルタ係数算出部207へ出力される。
ここで上記説明では、基準修正係数と補正値とブロック割り当て比率を全て可変制御する例を示したが、その内1つ或いは2つを可変制御し、その他を所定定数にすることも可能である。
Here, in the above description, the example in which the reference correction coefficient, the correction value, and the block allocation ratio are all variably controlled has been shown. However, one or two of them can be variably controlled, and the others can be set to predetermined constants. .
続いて、フィルタ係数算出部207について、図5のグラフ、図7の機能ブロック図に基づいて説明する。
距離算出部204から出力される距離Dは、LUT_R1701、LUT_R2702、…、LUT_RN703と補間処理部705に出力される。
LUT_R1701、LUT_R2702、…、LUT_RN703は、図5に示した有理関数{T/(x+T)}において、Tが異なる値のグラフ501、502、および503に対応するテーブルになっており、Tはゼロより大きい値である。
Next, the filter
The distance D output from the
そして、グラフ501の有理関数をT1/(x+T1)として対応するルックアップテーブルをLUT_R1701、グラフ502の有理関数をT2/(x+T2)として対応するルックアップテーブルをLUT_R2702、グラフ503の有理関数をTN/(x+TN)として対応するルックアップテーブルをLUT_RN703とする。ここでT1、T2、…、TNが修正係数算出部206から出力される修正係数に対応し、T1<T2<…<TNの関係にある。つまり、上記の有理関数は、修正係数が小さいと変数xが増大するにつれて急激に減少する関数となり、修正係数が大きいと変数xが増大するに連れてなだらかに減少する関数となる。
Then,
各ルックアップテーブルには、距離算出部204から出力される距離Dに対して上位所定ビット数分だけ抽出したアドレスとして入力される。そして、各ルックアップテーブルは、アドレスに格納されているルックアップテーブルの値と、傾き量とを選択部704に出力する。
Each look-up table is input as an address extracted by a predetermined number of upper bits with respect to the distance D output from the
ここで、LUT_R1701、LUT_R2702、…、LUT_RN703には、上記有理関数を変数x=aでサンプリングした値Rj(a)と所定間隔Δだけ離れたX=a+ΔでサンプリングしたRj(a+Δ)とを直線で結んだ時の傾きαj(a)と、その始点であるRj(a)をアドレスaの場所に記録したテーブルとなっている。ここでj=1,2,…,Nである。
つまり、距離Dを基にLUT_R1701、LUT_R2702、…、LUT_RN703を参照するアドレスが決定され、この決定したアドレスaに格納されている始点Rj(a)と傾きαj(a)が選択部704へ出力される。
Here, in
That is, based on the distance D, addresses that refer to LUT_R 1 701,
選択部704は、これらN個の始点Rj(a)と傾きαj(a)と補正係数Tiに基づいて1つの始点R(a)と傾きα(a)を選択し、補間処理部705へ出力する。
補間処理部705には、選択部704から出力された始点R(a)と傾きα(a)と、距離Dの所定下位ビット分が入力されて距離Dに対する精度の高い重み係数R’(D,Ti)が算出されて、メモリ706に順次格納される。
Selecting
The
メモリ706に3次元ブロックNx×Ny×Nt画素数分の重み係数が格納された時点で、正規化係数算出部707にこれらの重み係数が入力される。正規化係数算出部707は、これらの重み係数を積算して正規化係数を算出する。算出した正規化係数は、メモリ706に格納されている重み係数を該正規化係数で除算する事無く、LUT_D708によって正規化係数の逆数に変換される。ここで、LUT_D708は、乗算で規格化する為に予め用意された乗算除算変換テーブルである。
When the weight coefficients corresponding to the number of three-dimensional blocks N x × N y × N t pixels are stored in the
このように変換された正規化係数の逆数は、乗算器709にてメモリ706に格納されている重み係数と乗算されて最終的なフィルタ係数C(r,t)としてフィルタ処理部208へ出力される。
The reciprocal of the normalized coefficient thus converted is multiplied by the weight coefficient stored in the
このように算出された3次元ブロックNx×Ny×Ntの画素P(r,t)に対応するフィルタ係数C(r,t)は、処理対象画素P(r0,t0)に対する画素値間距離と時空間距離から算出した距離に逆比例する重み係数(フィルタ係数)値となり、更にこの重み係数は上記修正係数、つまりは動画像信号の時間相関の変動に適応して可変制御できるという特性を持つ。 The filter coefficient C (r, t) corresponding to the pixel P (r, t) of the three-dimensional block N x × N y × N t calculated in this way corresponds to the processing target pixel P (r 0 , t 0 ). The weight coefficient (filter coefficient) value is inversely proportional to the distance calculated from the distance between the pixel values and the spatiotemporal distance, and this weight coefficient is variably controlled in accordance with the correction coefficient, that is, the temporal correlation variation of the moving image signal. It has the characteristic that it can.
つまり、処理対象画素P(r0,t0)に対し、3次元ブロックNx×Ny×Nt内の画素値及び時空間距離が近い画素(相関が高い画素)の場合には大きな重み係数を持つ。一方、画素値及び時空間距離が離れている画素(相関が低い画素)の場合には小さな重み係数を持つ。その為、以下に説明するフィルタ処理部208でのフィルタ処理結果は、相関が高い画素のみを集めて平均を取るのと同等の効果が得られる。したがって、上記ブロック内に空間的なエッジ、及び時間的なエッジ(シーンチェンジや急激な動きが発生した場合)を含んでいても平均化に伴うエッジの鈍りを最小限に抑える事ができる。
That is, when the pixel to be processed P (r 0 , t 0 ) is a pixel in the three-dimensional block N x × N y × N t and a pixel having a close spatiotemporal distance (a pixel having high correlation), a large weight is given. Has a coefficient. On the other hand, a pixel having a large pixel value and spatiotemporal distance (a pixel having low correlation) has a small weighting factor. For this reason, the filter processing result in the
更に、上記の修正係数により重み係数の割り振りを可変制御できる為、1フレーム前のノイズ低減結果を反映し、目標ノイズ低減量に満たない場合は指定ノイズ低減量となるように3次元ブロックNx×Ny×Nt内の画素値と距離の相関量を打ち消すような重み係数を与える事ができる。この場合は、3次元ブロックNx×Ny×Nt内の画素をより多く選択して平均化処理する事と等価となり、ノイズ低減効果を増すことができる。逆に、1フレーム前のノイズ低減結果が目標ノイズ低減量を上回った場合は、目標ノイズ低減量となるように3次元ブロックNx×Ny×Nt内の画素値と距離の相関量をより強める重み係数を与える事もできる。 Further, since the weight coefficient allocation can be variably controlled by the correction coefficient, the noise reduction result of one frame before is reflected, and when the target noise reduction amount is not satisfied, the three-dimensional block N x is set so that the specified noise reduction amount is obtained. It is possible to give a weighting coefficient that cancels the correlation amount between the pixel value and the distance in × N y × N t . In this case, it is equivalent to selecting more pixels in the three-dimensional block N x × N y × N t and performing the averaging process, and the noise reduction effect can be increased. Conversely, if the noise reduction result of the previous frame exceeds the target noise reduction amount, the correlation value between the pixel value and the distance in the three-dimensional block N x × N y × N t is set so as to be the target noise reduction amount. A stronger weighting factor can be given.
また、時間相関が急激に変化するようなシーンチェンジや、急激に動きが発生したシーンにおいても、3次元ブロックNx×Ny×Nt内で時間相関を持った未来と現在ブロック、或いは過去と現在ブロックに対して画素値と時空間距離の相関量を打ち消すように修正係数を制御する事で、ノイズ低減量が急激に悪化する事を防止できる。なお、修正係数により画素値と時空間距離の相関量を打ち消す方向に制御を行うと解像度が低下するという副作用が発生する。しかし、本実施形態の構成のように修正係数に対して略連続的に重み係数を変更可能にできる為、時間的、及び空間的な解像度変化をなだらかになるように制御し、ユーザが視覚的にその変化を認知できないようにする事が可能となる。 Even in a scene change in which the time correlation changes suddenly or in a scene in which a rapid movement occurs, the future and current block having the time correlation within the three-dimensional block N x × N y × N t , or the past By controlling the correction coefficient so as to cancel the correlation amount between the pixel value and the spatio-temporal distance with respect to the current block, it is possible to prevent the noise reduction amount from rapidly deteriorating. Note that if the correction coefficient is used to control the correlation between the pixel value and the spatio-temporal distance, a side effect of reducing the resolution occurs. However, since the weight coefficient can be changed substantially continuously with respect to the correction coefficient as in the configuration of the present embodiment, the temporal and spatial resolution changes are controlled so that the user can visually It is possible to prevent the change from being recognized.
続いて、フィルタ処理部208の詳細について、図8の機能ブロック図を基に説明する。
フィルタ処理部208には、前記フィルタ係数算出部207から出力されるフィルタ係数C(r,t)と、ブロックメモリ201、202、203に格納されている画素値P(r,t)と、制御部112から出力されるノイズモデルテーブルが入力される。
フィルタ係数C(r,t)と画素値P(r,t)は積和演算部(積和演算手段)801にて以下の処理が実行され、処理対象画素P(r0,t0)での平滑化処理画素値P’(r0,t0)がノイズ量推定部(ノイズ量推定手段)802とコアリング処理部803へ出力される。
P’(r0,t0)=ΣrΣtC(r,t)P(r,t)
Next, details of the
The
The filter coefficient C (r, t) and the pixel value P (r, t) are processed by the product-sum operation unit (product-sum operation means) 801 as follows, and the pixel P (r 0 , t 0 ) is processed. The smoothed pixel value P ′ (r 0 , t 0 ) is output to the noise amount estimation unit (noise amount estimation unit) 802 and the
P '(r 0, t 0 ) = Σ r Σ t C (r, t) P (r, t)
ノイズ量推定部802では、制御部112から出力されるノイズモデルテーブルが格納されており、積和演算部801からの出力である平滑化処理画素値P’(r0,t0)をアドレスとして対応するノイズ量Nampがコアリング処理部803へ出力される。ここで、ノイズモデルテーブルは、画素値に対応するアドレス位置にノイズ量(ノイズの平均振幅に相当する量)が格納されたテーブルであり、制御部112にて所定ノイズモデルテーブルを、画素値を変数とする任意関数と乗算する事で任意に変更したノイズモデルテーブルとする事も可能である。
The noise
コアリング処理部803には、処理対象画素値P(r0,t0)とその平滑化処理後の画素値P’(r0,t0)、及びノイズ量推定部802から出力されるノイズ量が入力される。コアリング処理部803は、以下のコアリング判定を行い、処理対象画素に対する最終的なノイズ低減画素値Pn(r0,t0)を算出して出力信号として出力する。
P(r0,t0)−P’(r0,t0)>Nampの場合 Pn(r0,t0)=P(r0,t0)−Namp
P(r0,t0)−P’(r0,t0)<Nampの場合 Pn(r0,t0)=P(r0,t0)+Namp
|P(r0,t0)−P’(r0,t0)|≦Nampの場合 Pn(r0,t0)=P’(r0,t0)
The
When P (r 0 , t 0 ) −P ′ (r 0 , t 0 )> N amp P n (r 0 , t 0 ) = P (r 0 , t 0 ) −N amp
When P (r 0 , t 0 ) −P ′ (r 0 , t 0 ) <N amp P n (r 0 , t 0 ) = P (r 0 , t 0 ) + N amp
| P (r 0 , t 0 ) −P ′ (r 0 , t 0 ) | ≦ N amp P n (r 0 , t 0 ) = P ′ (r 0 , t 0 )
なお、上記フィルタ処理部208は、ノイズ量推定部802を設けた構成としたが、例えば、より単純な積和演算部801のみからなる構成とし、最終的なノイズ低減画素値Pn(r0,t0)をP’(r0,t0)としても良い。
The
以上のように、本実施形態に係る画像処理装置によれば、フレーム内における空間的な相関と、過去フレームと現在フレームとの間および現在フレームと未来フレームとの間における時間的な相関とを利用して動画像信号のノイズ低減処理を行う。これにより、例えばシーンチェンジ発生時においても時間相関の変動にノイズ低減量が敏感に反応してしまうことを抑制し、解像度低下を抑えつつ安定的なノイズ低減が可能となる。 As described above, according to the image processing apparatus according to the present embodiment, the spatial correlation in the frame and the temporal correlation between the past frame and the current frame and between the current frame and the future frame are calculated. Utilizing this, noise reduction processing of the moving image signal is performed. Thereby, for example, even when a scene change occurs, it is possible to suppress a noise reduction amount from reacting sensitively to a change in time correlation, and it is possible to stably reduce noise while suppressing a reduction in resolution.
また、巡回型ノイズ低減処理に使用する過去フレームおよび現在フレームの画素をノイズ低減後の画素を使用するので、ノイズ低減量を向上できる。 Further, since the pixels after noise reduction are used for the pixels of the past frame and the current frame used for the cyclic noise reduction processing, the amount of noise reduction can be improved.
また、重み係数を時空間距離と画素値間距離により算出し、ノイズ処理対象画素と相関性が高い画素に重み付けをして加重平均を行うので、空間的なエッジや、時間的な急激なシーン変化に対する鈍りを最小限に抑えつつ効果的にノイズ低減を行うことが可能となる。 In addition, the weighting factor is calculated based on the spatio-temporal distance and the distance between pixel values, and weighted average is performed by weighting the pixels that are highly correlated with the noise processing target pixel. It is possible to effectively reduce noise while minimizing dullness with respect to changes.
また、所定領域の複数画素の画素値と重み係数との積和演算値に基づいて注目画素のノイズ量を推定し、該ノイズ量に基づいてノイズ低減処理を行うことにより、入力信号のノイズ特性に適した効果的なノイズ低減が行えると共に、エッジ部での解像度劣化(鈍り)を最小限に抑えることができる。 In addition, the noise characteristic of the input signal is estimated by estimating the noise amount of the pixel of interest based on the product-sum operation value of the pixel values and weighting factors of a plurality of pixels in a predetermined area, and performing noise reduction processing based on the noise amount. In addition to effective noise reduction suitable for the image quality, it is possible to minimize resolution deterioration (dullness) at the edge portion.
また、注目画素のノイズ低減量に基づいて重み係数を修正することにより、動画像信号をノイズ低減する場合に発生する時間相関の変動にノイズ低減量が敏感に反応してしまうのを抑制し、解像度低下を抑えつつ時間変動の少ない安定的なノイズ低減が可能となる。 In addition, by correcting the weighting factor based on the noise reduction amount of the pixel of interest, it is possible to suppress the noise reduction amount from reacting sensitively to fluctuations in time correlation that occurs when reducing the noise of the moving image signal, Stable noise reduction with little time fluctuation can be achieved while suppressing a decrease in resolution.
また、注目画素の画素値に基づいて重み係数を修正することにより、現在フレーム内の画素値に対応してノイズ低減量を広範囲に制御する事が可能となる。 In addition, by correcting the weighting coefficient based on the pixel value of the target pixel, it is possible to control the noise reduction amount over a wide range in accordance with the pixel value in the current frame.
また、処理対象フレーム画像と過去および未来のフレーム画像とのフレーム間相関量に基づいて重み係数を修正することにより、動画像信号をノイズ低減する場合に発生する時間相関の変動にノイズ低減量が敏感に反応してしまうのを抑制し、時間変動の少ない安定的なノイズ低減が可能となる。 In addition, by correcting the weighting coefficient based on the inter-frame correlation between the processing target frame image and the past and future frame images, the amount of noise reduction is reduced due to the temporal correlation variation that occurs when noise is reduced in the moving image signal. Responsive reaction is suppressed, and stable noise reduction with little time variation is possible.
なお、上述した実施形態では、ハードウェアによる処理を前提としていたが、このような構成に限定される必要はない。例えば、別途ソフトウェアにて処理する構成も可能である。この場合、画像処理装置は、CPU、RAM等の主記憶装置、上記処理の全て或いは一部を実現させるためのプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、CPUが上記記憶媒体に記録されているプログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述の画像処理装置と同様の処理を実現させる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。 In the embodiment described above, processing by hardware is assumed, but it is not necessary to be limited to such a configuration. For example, a configuration in which processing is performed separately by software is also possible. In this case, the image processing apparatus includes a main storage device such as a CPU and a RAM, and a computer-readable recording medium on which a program for realizing all or part of the above processing is recorded. Then, the CPU reads out the program recorded in the storage medium and executes information processing / calculation processing, thereby realizing processing similar to that of the above-described image processing apparatus. Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.
図11に示すフローチャートは、第1の実施形態の処理手順を示したものである。
まず、入力された動画像信号をスイッチ101を介して未来フレームとしてフレームメモリ102或いは103に格納する。(S1101)
The flowchart shown in FIG. 11 shows the processing procedure of the first embodiment.
First, the input moving image signal is stored in the
次に、入力動画像信号が先頭フレームかどうか判定(S1102)し、先頭フレームの場合にはS1113へ進む。また、先頭フレームでない場合には3次元ブロックP(r,t)をフレームメモリ102或いは103−109或いは110、更にNラインメモリ106に格納されている過去、未来、現在フレームから抽出し、それぞれ過去ブロック301、未来ブロック303、現在ブロック302としてブロックメモリ201、202、203に格納する(S1103)。
Next, it is determined whether or not the input moving image signal is the first frame (S1102). If it is the first frame, the process proceeds to S1113. If it is not the first frame, the three-dimensional block P (r, t) is extracted from the past, future, and current frames stored in the
次に、ブロックメモリ201、202、203に格納されている3次元ブロックに対して、フレーム間相関量Sp及びSfを算出するとともに(S1104)、3次元ブロックのノイズ処理対象画素P(r0,t0)とその周辺画素との時空間距離Ds、及び画素値間距離Dvを算出し、2つの距離を乗算して距離Dを算出する(S1105)。
Next, the three-dimensional block which is stored in the
次に1フレーム前のフレーム平均ノイズ低減量NRave及び目標ノイズ低減量NRtargetと、現在ブロックの画素値P(r,t0)と、フレーム間相関量Sp及びSfとから3つのブロックの修正係数Tp、Tc、Tfを算出し(S1106)、距離Dと修正係数Tp、Tc、Tfよりフィルタ係数C(r,t)を算出する(S1107)。 Then a 1-frame previous frame average amount of noise reduction NR ave and target amount of noise reduction NR target, pixel value P of the current block (r, t 0) and three blocks from the inter-frame correlation amounts S p and S f Correction coefficients T p , T c and T f are calculated (S1106), and a filter coefficient C (r, t) is calculated from the distance D and the correction coefficients T p , T c and T f (S1107).
次に、算出したフィルタ係数C(r,t)と3次元ブロック画素P(r,t)に基づいて、ノイズ低減画素Pn(r0,t0)を算出し(S1108)、ノイズ低減画素Pn(r0,t0)を不図示の出力バッファとフレームメモリ109或いは110とNラインメモリ106に格納する(S1109)。
Next, a noise reduction pixel P n (r 0 , t 0 ) is calculated based on the calculated filter coefficient C (r, t) and the three-dimensional block pixel P (r, t) (S1108), and the noise reduction pixel P n (r 0 , t 0 ) is stored in an output buffer (not shown), the
次に、ノイズ低減画素Pn(r0,t0)と処理対象画素P(r0,t0)との差分絶対値和によりノイズ低減量を算出し(S1110)、上記ノイズ低減画素の算出がフレーム内画素数分終了したかを判定する(S1111)。判定の結果、フレーム画素数分の処理がまだ終了していない場合にはS1103へ戻り、次の処理対象画素に対するノイズ低減処理を繰り返す。また、フレーム画素数分の処理が終了した場合には、算出したノイズ低減量の平均値を求め、フレーム平均ノイズ低減量NRaveを算出する(S1112)。そして、現在、過去、未来フレームを格納するフレームメモリの入出力制御を行うスイッチ101、104、105、108、および111の入出力を切り替える(S1113)。
Next, a noise reduction amount is calculated from the sum of absolute differences between the noise reduction pixel P n (r 0 , t 0 ) and the processing target pixel P (r 0 , t 0 ) (S1110), and the calculation of the noise reduction pixel is performed. It is determined whether or not the processing is completed for the number of pixels in the frame (S1111). As a result of the determination, if the processing for the number of frame pixels has not been completed yet, the processing returns to S1103, and the noise reduction processing for the next processing target pixel is repeated. When processing for the number of frame pixels is completed, an average value of the calculated noise reduction amounts is obtained, and a frame average noise reduction amount NR ave is calculated (S1112). Then, the input / output of the
最後に、処理指定フレーム数分の処理が終了したか判定し(S1114)、処理終了していなければS1101へ戻って次フレームの処理を繰り返し行い、指定フレーム数分の処理が終了したと判定された時点でノイズ低減処理を終了する。 Finally, it is determined whether or not the processing for the designated number of frames has been completed (S1114). If the processing has not been completed, the processing returns to S1101 to repeat the processing for the next frame, and it is determined that the processing for the designated number of frames has been completed. At that point, the noise reduction process ends.
なお、上記実施形態において、距離Dを画素値間距離Dvと時空間距離Dsの積とし、1つの有理関数の変数として重み係数を算出したが、画素値間距離Dvと時空間距離Dsをそれぞれ関数に与えた後の関数値R(Dv)とR(Ds)の積で重み係数を算出しても良い。 In the above embodiment, the distance D is the product of the inter-pixel value distance Dv and the spatio-temporal distance Ds, and the weighting coefficient is calculated as a variable of one rational function. However, the inter-pixel value distance D v and the spatio-temporal distance D s are calculated. The weighting factor may be calculated by the product of the function values R (Dv) and R (Ds) after each is given to the function.
更に、距離Dを重み係数に変換する関数は有理関数だけでなく、たとえばガウス関数Exp(−x2/2σ2)を用いても良い。この場合の距離Dはx、修正係数Tはσとする事で同様の効果が得られる。また、σを大きくするとガウス関数の幅が広がりを持つようになり、距離相関を打ち消すように作用する。逆に、σを小さくするとガウス関数の幅が狭まり、距離相関をより強調することができる。 Furthermore, the function for converting the distance D into a weighting factor is not limited to a rational function, and for example, a Gaussian function Exp (−x 2 / 2σ 2 ) may be used. In this case, the same effect can be obtained by setting the distance D to x and the correction coefficient T to σ. Also, when σ is increased, the width of the Gaussian function becomes wider and acts to cancel the distance correlation. Conversely, when σ is reduced, the width of the Gaussian function is narrowed, and the distance correlation can be further emphasized.
〔第2の実施形態〕
次に、本発明の第2の実施形態について、図9を用いて説明する。
本実施形態に係る画像処理装置が第1の実施形態と異なる点は、ブロック抽出部114の代わりに動き補償部901を設けた点である。以下、本実施形態に係る画像処理装置について、第1の実施形態と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The image processing apparatus according to the present embodiment is different from the first embodiment in that a
図9は、本発明の第2の実施形態についての基本構成を示す機能ブロック図である。
不図示の撮像部の撮像素子で撮像されデジタルデータとなった動画像信号は、スイッチ101に入力され、制御部112の制御信号によりフレームメモリ102、或いはフレームメモリ103とフレーム期間毎に交互に接続されてフレーム期間毎にフレームメモリ102、或いはフレームメモリ103に格納される。
FIG. 9 is a functional block diagram showing the basic configuration of the second embodiment of the present invention.
A moving image signal captured by an image sensor of an imaging unit (not shown) and converted into digital data is input to the
フレームメモリ102、フレームメモリ103の出力は、スイッチ104、スイッチ105の入力に接続されており、制御部112の制御信号により、Nラインメモリ106、及び動き補償部901に接続される。ここで、フレームメモリ102がスイッチ104を介してNラインメモリ106に接続されると、フレームメモリ103はスイッチ105を介して動き補償部901に接続される。一方、フレームメモリ102がスイッチ105を介して動き補償部901に接続されると、フレームメモリ103はスイッチ104を介してNラインメモリ106に接続されるように制御部112にて制御される。
The outputs of the
Nラインメモリ106は、フレーム102或いはフレームメモリ103からノイズ低減処理対象画素の上下所定ライン数分の画素が一時格納される。
Nラインメモリ106の出力は、ブロック抽出部113を介してノイズ低減部107、及び動き補償部901の入力に接続されている。
The
The output of the
ノイズ低減部107は、ブロック抽出部113の出力、動き補償部901からの出力、更に制御部112からの制御信号が入力されるように接続されている。ノイズ低減部107は、ブロック抽出部113から出力される処理対象フレームの所定領域画素と、動き補償部901にて動き補償された時間的に前後するフレーム画像の所定領域画素と、制御部112からの制御信号とに基づいて処理対象画素に対するノイズ低減処理を行う。また、このように算出されたノイズ低減画素を出力信号として、不図示の後段に配置された画像処理部のバッファメモリに出力する。
The
また、ノイズ低減部107の出力は、スイッチ108及びNラインメモリ106の入力に接続されている。ノイズ低減部107の出力信号は、Nフレームメモリ106に格納されているノイズ低減前の処理対象画素値をノイズ低減画素で上書きするのに使われる。これにより、現在フレームに対してもノイズ低減後の画素を使用する巡回型フィルタを形成できるので、より効果的にノイズを低減することができる。
The output of the
スイッチ108の出力は、制御部112の制御信号によりフレーム期間毎にフレームメモリ109、或いはフレームメモリ110に接続が切り替えられ、ノイズ低減部107のノイズ低減画素が対応するフレームメモリ109、或いはフレームメモリ110に記録される。
The output of the
フレームメモリ109或いはフレームメモリ110は、制御部112の制御信号により、スイッチ111を介して動き補償部901にフレーム期間毎に切り替えて接続される。ここで、スイッチ108の出力がフレームメモリ109に接続された場合には、フレームメモリ110がスイッチ111と接続される。一方、スイッチ108の出力がフレームメモリ110に接続された場合には、フレームメモリ109がスイッチ111と接続されるように制御部112は制御する。
The
動き補償部901には、接続されているブロック抽出部113からの現在ブロック302と、スイッチ104、スイッチ105、及びスイッチ111を介して処理対象フレームに対して時間的に前後する未来、及び過去のフレームが入力される。動き補償部901は、現在ブロック302に対して該未来、及び過去のフレームとの間でそれぞれ相関値が最大となる位置を算出する。そして、最も相関が高い領域を該未来及び過去のフレームから抽出し、未来ブロック303及び過去ブロック301としてノイズ低減部107に出力する。
The
制御部112は、予め設定された目標ノイズ低減量をノイズ低減部107に出力するとともに、スイッチ101、104、105、および108、および111を上記説明したように連動制御する制御信号を出力する。
The
以下、動き補償部901の詳細を図10に基づいて説明する。
動き補償部901に入力される過去フレームの所定探索範囲の抽出画像が、探索範囲格納メモリ1001に格納される。また、未来フレームの所定探索範囲の抽出画像が、探索範囲格納メモリ1002に格納される。
Details of the
An extracted image of a predetermined search range of the past frame input to the
一方、現在ブロックが、動ベクトル決定部(動ベクトル決定手段)1003及び動ベクトル決定部(動ベクトル決定手段)1004に入力される。また、過去フレームの動ベクトル探索範囲(現在ブロックのサイズNx×Nyよりも大きな領域)の抽出画像が、探索範囲格納メモリ1001から動ベクトル決定部1003に入力される。また、未来フレームの動ベクトル探索範囲(現在ブロックのサイズNx×Nyよりも大きな領域)の抽出画像が探索範囲格納メモリ1002から動ベクトル決定部1004に入力される。
On the other hand, the current block is input to a motion vector determination unit (motion vector determination unit) 1003 and a motion vector determination unit (motion vector determination unit) 1004. Also, an extracted image of the motion vector search range of the past frame (region larger than the current block size N x × N y ) is input from the search
動ベクトル決定部1003および1004は、現在ブロックをパターンマッチングのリファレンス画像として探索範囲の抽出画像内で、画素ピッチで移動しながらパターンマッチング処理を行い、相関が最大となる探索範囲内の位置を動ベクトルとして決定する。ここで、パターンマッチング処理の一例としては、良く知られている差分の絶対値和や自乗和が最小となる位置を相関最大とする方法が利用できる。
The motion
動ベクトル決定部1003、1004で決定された動ベクトルは、それぞれブロック抽出部1005、1006に入力される。
ブロック抽出部1005は、探索範囲格納メモリ1001に格納されている過去フレームの抽出画像が入力され、決定された過去フレームへの動ベクトルに基づいて過去ブロックが抽出されノイズ低減部107へ出力される。
ブロック抽出部1006は、探索範囲格納メモリ1002に格納されている未来フレームの抽出画像が入力され、決定された未来フレームへの動ベクトルに基づいて未来ブロックが抽出されノイズ低減部107へ出力される。
The motion vectors determined by the motion
The
The
以上のように、本実施形態によると、現在ブロックに対して動き補償により未来ブロック及び過去ブロックを選択するので、第1の実施形態よりも相関が高い3次元ブロックを構成する事ができる。これにより、フィルタ係数算出部207にて算出される未来ブロックと過去ブロックに対する重み係数がより大きくなり、加重平均への寄与が増すこととなる。その結果、動画像信号を巡回型ノイズ低減処理でノイズ低減する場合に発生する時間相関の変動に対してノイズ低減量が敏感に反応してしまうことを抑制し、より安定的なノイズ低減が行うことが可能となる。更に、入力動画像信号に適応して目標とするノイズ低減量に自動的に合わせる事が可能であり、撮像素子のゲイン量を変化させた場合にも瞬時に適応できるといった効果を得ることが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, since the future block and the past block are selected by motion compensation for the current block, a three-dimensional block having a higher correlation than that of the first embodiment can be configured. As a result, the weighting coefficient for the future block and the past block calculated by the filter
なお、上記の各実施形態において、過去ブロックの全画素及び現在ブロックの一部の画素をノイズ低減処理した後の画素値で置き換える巡回型(IIR型)を例として記述したが、フィードフォワード型(FIR型)で構成する事もできる。この場合、静止領域でのノイズ低減量は巡回型よりも落ちるが、動き領域で発生する残像を抑える収束性能は向上する。さらに、上記第1の実施形態、第2の実施形態において入力信号としてプログレッシブ信号を前提としているが、フィールドインターレース信号であってもよい。この場合、上記の各実施の形態は、フレーム画像をフィールド画像として説明することで、構成される。 In each of the above embodiments, the cyclic type (IIR type) in which all the pixels of the past block and some pixels of the current block are replaced with pixel values after noise reduction processing is described as an example. FIR type). In this case, the amount of noise reduction in the still region is lower than that in the cyclic type, but the convergence performance for suppressing the afterimage generated in the motion region is improved. Furthermore, although a progressive signal is assumed as an input signal in the first and second embodiments, a field interlace signal may be used. In this case, each of the above embodiments is configured by describing the frame image as a field image.
102 フレームメモリ
103 フレームメモリ
106 Nラインメモリ
107 ノイズ低減部
109 フレームメモリ
110 フレームメモリ
113 ブロック抽出部
114 ブロック抽出部
204 距離算出部
205 フレーム間相関算出部
206 修正係数算出部
207 フィルタ係数算出部
208 フィルタ処理部
209 ノイズ低減量算出部
705 補間処理部
707 正規化係数算出部
802 ノイズ量推定部
901 動き補償部
1003 動ベクトル決定部
1004 動ベクトル決定部
102
Claims (11)
処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像と該処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像に対して過去および未来のフレーム画像あるいはフィールド画像とを記録する記録手段と、
前記記録手段によって記録された前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像において所定領域の複数画素を抽出する第1の画素抽出手段と、
前記記録手段によって記録された前記過去のフレーム画像あるいはフィールド画像および前記未来のフレーム画像あるいはフィールド画像において前記所定領域に対応する領域の複数画素を抽出する第2の画素抽出手段と、
前記第1の画素抽出手段で抽出された前記所定領域内の注目画素と前記所定領域の複数画素、および前記第2の画素抽出手段で抽出された前記所定領域に対応する領域の複数画素との時空間距離を算出する第1の距離算出手段と、
前記第1の画素抽出手段で抽出された前記所定領域内の注目画素の画素値と、前記第1の画素抽出手段で抽出された前記所定領域の複数画素の画素値および前記第2の画素抽出手段で抽出された前記所定領域に対応する領域の複数画素の画素値との画素値間距離を算出する第2の距離算出手段と、
前記第1の距離算出手段によって算出された前記時空間距離と前記第2の距離算出手段によって算出された前記画素値間距離とに基づいて、前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像のノイズを低減処理するノイズ低減手段と、
を備える画像処理装置。 An image processing apparatus for reducing noise of a frame image or a field image input in time series,
A recording means for recording a processing target frame image or field image and past and future frame images or field images with respect to the processing target frame image or field image;
First pixel extraction means for extracting a plurality of pixels in a predetermined area in the processing target frame image or field image recorded by the recording means;
Second pixel extraction means for extracting a plurality of pixels in an area corresponding to the predetermined area in the past frame image or field image and the future frame image or field image recorded by the recording means;
A pixel of interest in the predetermined area extracted by the first pixel extracting means, a plurality of pixels in the predetermined area, and a plurality of pixels in an area corresponding to the predetermined area extracted by the second pixel extracting means. First distance calculating means for calculating a spatiotemporal distance;
The pixel value of the pixel of interest in the predetermined area extracted by the first pixel extracting means, the pixel values of the plurality of pixels of the predetermined area extracted by the first pixel extracting means, and the second pixel extraction Second distance calculating means for calculating a distance between pixel values with pixel values of a plurality of pixels in an area corresponding to the predetermined area extracted by the means;
Based on the spatio-temporal distance calculated by the first distance calculation means and the distance between the pixel values calculated by the second distance calculation means, noise of the processing target frame image or field image is reduced. Noise reduction means,
An image processing apparatus comprising:
記録した前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像および前記過去のフレーム画像あるいはフィールド画像をノイズ低減処理した画像により上書きする上書き手段を有し、
前記第1の画素抽出手段は、
前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像の画素の一部についてノイズ低減処理した画素を抽出し、
前記第2の画素抽出手段は、
前記過去のフレーム画像あるいはフィールド画像の画素の全てについてノイズ低減処理した画素を抽出する請求項1に記載の画像処理装置。 The recording means includes
Overwriting means for overwriting the recorded frame image or field image and the past frame image or field image with a noise-reduced image,
The first pixel extracting means includes
Extracting noise-reduced pixels for some of the pixels of the processing target frame image or field image,
The second pixel extracting means includes
The image processing apparatus according to claim 1, wherein pixels for which noise reduction processing has been performed on all pixels of the past frame image or field image are extracted.
前記第1の距離算出手段によって算出された前記時空間距離および前記第2の距離算出手段によって算出された前記画素値間距離に基づいて、前記所定領域の複数画素に対する重み係数を算出する重み係数算出手段と、
前記重み係数算出手段によって算出された前記重み係数に基づいて、前記注目画素と前記所定領域の複数画素との加重平均値を算出する加重平均値算出手段と、
を有する請求項1または2に記載の画像処理装置。 The noise reduction means includes
A weighting factor for calculating a weighting factor for a plurality of pixels in the predetermined area based on the spatiotemporal distance calculated by the first distance calculating unit and the distance between the pixel values calculated by the second distance calculating unit. A calculation means;
A weighted average value calculating means for calculating a weighted average value of the target pixel and a plurality of pixels in the predetermined region based on the weight coefficient calculated by the weight coefficient calculating means;
The image processing apparatus according to claim 1, further comprising:
前記注目画素のノイズ量を推定するノイズ量推定手段を有し、
前記ノイズ量推定手段によって推定された前記ノイズ量に基づいて前記注目画素のノイズを低減処理する請求項1から3のいずれかに記載の画像処理装置。 The noise reduction means includes
A noise amount estimating means for estimating a noise amount of the target pixel;
The image processing apparatus according to claim 1, wherein the noise of the target pixel is reduced based on the noise amount estimated by the noise amount estimation unit.
前記所定領域の複数画素の画素値と前記重み係数算出手段によって算出された前記重み係数との積和演算を行う積和演算手段を有し、
前記ノイズ量推定手段は、
前記積和演算手段によって算出された積和演算値に基づいて前記ノイズ量を推定する請求項4に記載の画像処理装置。 The noise reduction means includes
Product-sum operation means for performing a product-sum operation on the pixel values of the plurality of pixels in the predetermined region and the weighting coefficient calculated by the weighting coefficient calculating means;
The noise amount estimating means includes
The image processing apparatus according to claim 4, wherein the noise amount is estimated based on a product-sum operation value calculated by the product-sum operation unit.
前記注目画素のノイズ低減処理前後の画素値に基づいてノイズ低減量を算出するノイズ低減量算出手段と、
前記ノイズ低減量算出手段によって算出された前記ノイズ低減量に基づいて修正係数を算出する修正係数算出手段と、
を有し、
前記修正係数算出手段によって算出された前記修正係数に基づいて前記重み係数を修正する請求項3から5のいずれかに記載の画像処理装置。 The noise reduction means includes
Noise reduction amount calculation means for calculating a noise reduction amount based on pixel values before and after noise reduction processing of the target pixel;
Correction coefficient calculation means for calculating a correction coefficient based on the noise reduction amount calculated by the noise reduction amount calculation means;
Have
The image processing apparatus according to claim 3, wherein the weighting coefficient is corrected based on the correction coefficient calculated by the correction coefficient calculating unit.
前記第1の画素抽出手段で抽出された前記注目画素の画素値に基づいて修正係数を算出する修正係数算出手段を有し、
前記修正係数算出手段によって算出された前記修正係数に基づいて前記重み係数を修正する請求項3から6のいずれかに記載の画像処理装置。 The noise reduction means includes
Correction coefficient calculation means for calculating a correction coefficient based on the pixel value of the target pixel extracted by the first pixel extraction means;
The image processing apparatus according to claim 3, wherein the weighting coefficient is corrected based on the correction coefficient calculated by the correction coefficient calculating unit.
前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像の所定領域の複数画素と前記過去および未来のフレーム画像あるいはフィールド画像の所定領域の複数画素とに基づいてフレーム間相関量を算出するフレーム間相関量算出手段と、
前記フレーム間相関量算出手段によって算出された前記フレーム間相関量に基づいて修正係数を算出する修正係数算出手段と、
を有し、
前記修正係数算出手段によって算出された前記修正係数に基づいて前記重み係数を修正する請求項3から7のいずれかに記載の画像処理装置。 The noise reduction means includes
An inter-frame correlation amount calculating means for calculating an inter-frame correlation amount based on a plurality of pixels in a predetermined region of the processing target frame image or field image and a plurality of pixels in the predetermined region of the past and future frame images or field images;
Correction coefficient calculating means for calculating a correction coefficient based on the interframe correlation amount calculated by the interframe correlation amount calculating means;
Have
The image processing apparatus according to claim 3, wherein the weighting coefficient is corrected based on the correction coefficient calculated by the correction coefficient calculating unit.
前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像と前記過去および未来のフレーム画像あるいはフィールド画像との相関量に基づいて動ベクトルをそれぞれ検出する動ベクトル検出手段を有し、
前記動ベクトル検出手段によって検出された前記動ベクトルに基づいて、前記記録手段に記録された前記過去および未来のフレーム画像あるいはフィールド画像から所定領域の複数画素を抽出する請求項1から8のいずれかに記載の画像処理装置。 The second pixel extracting means includes
A motion vector detecting means for detecting a motion vector based on a correlation amount between the processing target frame image or field image and the past and future frame images or field images,
9. The method according to claim 1, wherein a plurality of pixels in a predetermined area are extracted from the past and future frame images or field images recorded in the recording unit based on the motion vector detected by the motion vector detecting unit. An image processing apparatus according to 1.
処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像と該処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像に対して過去および未来のフレーム画像あるいはフィールド画像とを記録する記録処理と、
前記記録処理によって記録された前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像において所定領域の複数画素を抽出する第1の画素抽出処理と、
前記記録処理によって記録された前記過去のフレーム画像あるいはフィールド画像および前記未来のフレーム画像あるいはフィールド画像において前記所定領域に対応する領域の複数画素を抽出する第2の画素抽出処理と、
前記第1の画素抽出処理で抽出された前記所定領域内の注目画素と前記所定領域の複数画素、および前記第2の画素抽出処理で抽出された前記所定領域に対応する領域の複数画素との時空間距離を算出する第1の距離算出処理と、
前記第1の画素抽出処理で抽出された前記所定領域内の注目画素の画素値と、前記第1の画素抽出処理で抽出された前記所定領域の複数画素の画素値および前記第2の画素抽出処理で抽出された前記所定領域に対応する領域の複数画素の画素値との画素値間距離を算出する第2の距離算出処理と、
前記第1の距離算出処理によって算出された前記時空間距離と前記第2の距離算出処理によって算出された前記画素値間距離とに基づいて、前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像のノイズを低減処理するノイズ低減処理と、
をコンピュータに実行させる画像処理プログラム。 An image processing program for causing a computer to perform noise reduction processing of a frame image or a field image input in time series,
A recording process for recording a processing target frame image or field image and past and future frame images or field images with respect to the processing target frame image or field image;
A first pixel extraction process for extracting a plurality of pixels in a predetermined area in the processing target frame image or field image recorded by the recording process;
A second pixel extraction process for extracting a plurality of pixels in an area corresponding to the predetermined area in the past frame image or field image and the future frame image or field image recorded by the recording process;
A pixel of interest in the predetermined area extracted in the first pixel extraction process, a plurality of pixels in the predetermined area, and a plurality of pixels in an area corresponding to the predetermined area extracted in the second pixel extraction process A first distance calculation process for calculating a spatiotemporal distance;
The pixel value of the target pixel in the predetermined area extracted by the first pixel extraction process, the pixel values of the plurality of pixels of the predetermined area extracted by the first pixel extraction process, and the second pixel extraction A second distance calculation process for calculating a distance between pixel values with pixel values of a plurality of pixels in an area corresponding to the predetermined area extracted by the process;
Processing for reducing noise in the processing target frame image or field image based on the spatiotemporal distance calculated by the first distance calculation processing and the distance between the pixel values calculated by the second distance calculation processing Noise reduction processing to
An image processing program for causing a computer to execute.
処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像と該処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像に対して過去および未来のフレーム画像あるいはフィールド画像とを記録する記録工程と、
前記記録工程によって記録された前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像において所定領域の複数画素を抽出する第1の画素抽出工程と、
前記記録工程によって記録された前記過去のフレーム画像あるいはフィールド画像および前記未来のフレーム画像あるいはフィールド画像において前記所定領域に対応する領域の複数画素を抽出する第2の画素抽出工程と、
前記第1の画素抽出工程で抽出された前記所定領域内の注目画素と前記所定領域の複数画素、および前記第2の画素抽出工程で抽出された前記所定領域に対応する領域の複数画素との時空間距離を算出する第1の距離算出工程と、
前記第1の画素抽出工程で抽出された前記所定領域内の注目画素の画素値と、前記第1の画素抽出工程で抽出された前記所定領域の複数画素の画素値および前記第2の画素抽出工程で抽出された前記所定領域に対応する領域の複数画素の画素値との画素値間距離を算出する第2の距離算出工程と、
前記第1の距離算出工程によって算出された前記時空間距離と前記第2の距離算出工程によって算出された前記画素値間距離とに基づいて、前記処理対象フレーム画像あるいはフィールド画像のノイズを低減処理するノイズ低減工程と、
を有する画像処理方法。 An image processing method for reducing noise of a frame image or a field image input in time series,
A recording step of recording a processing target frame image or field image and past and future frame images or field images with respect to the processing target frame image or field image;
A first pixel extraction step of extracting a plurality of pixels in a predetermined region in the processing target frame image or field image recorded by the recording step;
A second pixel extraction step of extracting a plurality of pixels in a region corresponding to the predetermined region in the past frame image or field image and the future frame image or field image recorded by the recording step;
The pixel of interest in the predetermined region extracted in the first pixel extraction step, the plurality of pixels in the predetermined region, and the plurality of pixels in a region corresponding to the predetermined region extracted in the second pixel extraction step A first distance calculating step for calculating a spatiotemporal distance;
The pixel value of the target pixel in the predetermined region extracted in the first pixel extraction step, the pixel values of the plurality of pixels in the predetermined region extracted in the first pixel extraction step, and the second pixel extraction A second distance calculating step of calculating a distance between pixel values with pixel values of a plurality of pixels in a region corresponding to the predetermined region extracted in the step;
Based on the spatiotemporal distance calculated by the first distance calculating step and the inter-pixel value distance calculated by the second distance calculating step, noise in the processing target frame image or field image is reduced. Noise reduction process,
An image processing method.
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